iL iO
R
L
Ui
D
C
Uo
S 导通
Ui
C
R
Uo
L
iL 0
电感电流： 连续 (CCM-Continuous Current Mode) 临界 断续(DCM-Discontiuous Current Mode) 电压纹波、谐波、内阻 ……
S 阻断
iL 0
C
R
Uo
C
R
Uo
1 电流的不同状态 ★ 电流连续状态： 稳定状态下：
iS ii
S
L
iL iO
R
★ 电流断续状态：
uL
(1-D)T
D对UO的调节规律？
Io I L
t
Ui
D
C
Uo
Ui -UO DT -UO
∆1T ∆2T
Uo D U i D 1 D D I o / 4 I LCM D D2 2 D I o / 4 I LCM
1
Uo 1T ( D 1 ) 2L U iT D 1 2L TU i I LCM 4 I LCM D 1
t
IL
iL ILm uo
I LM
1 (1 D )T U I L 0 uLdt o (1 D)T L L
(1 D )T 2 U o Uo 8 LC
Q
IO
T/2
UO
UO
fC
1 f S 2 LC
2 2
放电
充电
放电
充电
fC U o (1 D) Uo 2 fS
uC
L1 iO D C1 R UO
D C S Ui iS
uD
uC L iL uD D1 L1 iO C1 R UO
7 Buck 电路的动态性能提升
iS ii
S L
iL iO
R
基本拓扑的组合及优化
Uo
Ui
D
C
拓扑结构
电感电流变通路的电路 滤波电感的耦合
研 究 概 况
I load
负载补偿电路 滞环控制 线性-非线性控制
控制策略
Vo
t
自适应电压定位控制 V2控制及改进 时间最优控制
t
Buck 电路的动态性能提升 --- 基本拓扑的组合及优化
S1 S2 Vin S3 L1 Vo S4 L2 Co
Load
Vbus
L1 Vin
Vo La1 Co
Load
同步Buck变换器
La 2
交错并联电路
S1 S2 D1 Vin Cb Co D2
两级式电路
L
耦合 电感
Vo
Load
L1 g1
2
1
c
L2 g2
g3
三电平电路
利用自身结构改善动态性能
不依靠外部辅助电路
Buck 电路的动态性能提升 --- 电感电流变通路
S a1 S1 Vin S2
L
L
Step down S a 2
Vo CO
Load
Vo Co
Load
Vin
Da
S
Step down
L 300 H U o 1.66V C 47 F f C 1.34kHz f S
I LC
U iT D(1 D) 2L 300 50 10 6 8L 7.5 A
L 250H
< 开关电流 >
< 电感电流 >
CCM
L=450uH
Q1 L1
Vdc1
300V
D1
D=0.5 C1
470uF
300uH
R1
20ohm
< 开关电流 > DCM
< 电感电流 > L=150uH
6
Buck 电路应用实例：
6
S Ui
Buck 的软开关衍生电路
L iS C uC iD D L1 iO C1 R UO
Ui D C
iS ii
S
L
iL iO
R Uo
C S iS Ui L
1 I o I LM ( D 1 )T / T 2 Uo I 1T ( D 1 ) LM 2L Uo R 2L D 1 2 1 RT
1 0 U 0 dt L 1T U o 1T L
D D2 8 L / RT 1 2
Uo 2 Ui 1 1 8 L /( RTD2 )
UL 1 T
iS ii
S L
iL iO
R
0 uLdt 0
(U i U o )dt U odt 0
tON T
T
Ui
D
C
Uo
0
tON
(Ui Uo )tON UotOFF
(Ui Uo ) DT Uo (1 D)T tON Uo U i DU i T
I LC
1 1 ( ~ ) I 0min 5 3
C ?
由输出电压纹波幅值：
(1 D )T 2 U o Uo 8 LC
得
ESR—Equivalent Series Resistance 等效串联电阻 ESL—Equivalent Series Inductance 等效串联电感
Z RES j(LES
输出电压的谐波:
未经滤波的输出电压，即二极管 反压的富氏级数
Ui
iS ii
S
L
iL iO
R
D
C
Uo
2 uD U i ( D sin D cos t sin 2D cos 2t sin nD cos nt ) n
1.0
2
1
U D UO DUi
D
Sa
控制电感电流Buck变换器
S1 S2 Cb Vin Da D1 D2 Sa
改进的Buck电路拓扑
L
Vo
Step down
Co
Load
改进的三电平Buck拓扑
在负载突变时，改变电感电流通路，提高电流变化率
适用于Ui/Uo较大的场合 串联在功率回路中开关器件会引起损耗问题
§1-2 Boost Converter
8L
Uo / Ui
开环输出特性
D = 1.00 D = 0.75
0.5
D = 0.50 D = 0.25 0 1 Io / ILCM
2
输出电压的纹波和谐波
Ui
iS ii
S
L
iL iO
R
设：稳态连续 △IO→C、IO→R 而 IL = IO
uL
Ui -UO
D
C
Uo
U o
-UO
Q 1 1 T I L C C 2 2 2
Ui UO
ton
DT Ui -UO
toff
(1-D)T
t
uL
-UO iL ILm ILM
临界电流平均值：
I LC
ILC ILCM
IO >ILC 连续 IO <ILC
断 续 0 0.5 1
I LCM
D
Q1
L1
300uH
ILC
C1 R1 20ohm
Vdc1
300V
D1
ILCM
IO >ILC 连续 IO <ILC
C安秒平衡原则：
在稳定状态下，一个开关周期中，电容安秒积的代数和为 0。 即：流经电容的平均电流为0。
uL iC
S1 S2
T
t
S1 S2
S1 S2
★ 电流临界状态：
I LM 1 tON uLdt L 0 1 (U i U o )tON L DTUi (1 D) L
1 I LM 2 U iT D(1 D) 2L 4 I LCM D(1 D) TUi 8L
U DnM
2U i sin nD n
An
U DnM 2 sinnD 2U i n 2
0
D
3
电路内阻的影响
(CCM)
iS ii
S Ui
r
L
iL iO
设：S与D的通态电阻相同，为ron 电感寄生电阻为rL
D
C
R
Uo
r ron rL
UO UO U D R Ao D Ui U D Ui R r
Uo Uo / Io D Ui Uo / Io r
1
Uo I r D o Ui Ui
Uo / Ui
D = 1.00 D = 0.75
电源效率：
0.5
D = 0.50 D = 0.25 0 1

PO PO R 2 Pi PO I O r Rr
I o / I LCM
4
输出滤波器参数
470uF
?
U:100V/Div. I:5A/Div
断 续 0 0.5 1
D
D=0.1
D=0.5
D=0.9
iS ii
S
L
iL iO
R
★ 电流断续状态：
uL
(1-D)T
续流时间＝？
Ui
D
C
Uo
Ui -UO DT -UO
t
∆1T ∆2T
(U i U o ) DT 1TUo Uo D Ui D 1 D 1 1 Uo
Forward/ Flyback / Royer Converter/…